寧夏沙坡頭區“互聯網＋城鄉供水”一體化工程關鍵技術應用研究

李桂云

（中衛市水利勘測設計院（有限公司），寧夏中衛 755000）

0 引言

實施鄉村振興戰略，要堅持農業農村優先發展，有序推進各類村莊的農村供水工程建設，加快農村供水轉型發展，推動發展方式從飲水安全向農村供水保障轉變，用水方式從粗放用水向高效節約、精細管水轉變，投入方式從政府投資為主向多元投資、市場投資轉變。按照“規劃建設一體化、運行管理專業化、供水服務智慧化”的原則，重點依托可靠和優質大水源，通過“大水源、大水網、大聯通、大水廠”建設，著力“城鄉一體、水源互通、豐枯互濟”的現代化城鄉供水工程網、信息網、服務網“三張網”，逐步實現城鄉供水服務均等化。為加快補齊沙坡頭區城鄉供水基礎設施短板，加快建立城鄉供水工程網、信息網和服務網，全面提升全區城鄉供水安全保障能力和管理服務水平，確保城鄉居民喝上“放心水”，落實自治區推廣“互聯網+人飲”的號召，推廣建設沙坡頭區“互聯網+城鄉供水”項目。

1 項目概況

1.1 自然條件

中衛市沙坡頭區位于寧夏回族自治區中西部寧夏、內蒙古、甘肅交界地帶，東鄰中寧，南鄰吳忠市同心縣、海原縣及甘肅省靖遠縣，西接甘肅景泰縣，北與內蒙古阿拉善左旗接壤。地處東經104°17′～105°42′、北緯36°40′～37°44′之間。沙坡頭區土地總面積6 877.25 km2，是中衛市的政治、經濟、文化中心。據2019年末統計，全區戶籍總人口41.73萬人，其中城鎮人口18.49萬人，鄉村人口23.25萬人。根據沙坡頭區地理位置分布特點，將沙坡頭區城鄉供水分為三個片區，分別為河北片區、河南片區和香山興仁片區。本項目設計范圍為沙坡頭區10鎮1鄉147個行政村15.00萬戶46.16萬人，其中城鎮人口23.41萬人，農村人口22.75萬人。其中河北片區包括沙坡頭區主城區及文昌鎮、濱河鎮、鎮羅鎮、柔遠鎮、東園鎮和迎水橋鎮共6鄉鎮9.72萬戶28.93萬人。河南片區包括沙坡頭區常樂鎮、永康鎮及宣和鎮共3鄉鎮4.47萬戶12.49萬人。香山、興仁片區包括香山鄉、興仁鎮1鎮1鄉1.58萬戶4.73萬人。

1.2 工程現狀

1.2.1 工程建設方面

隨著社會經濟的發展，結合廁所革命、農村“陽光沐浴”等戰略的提出，40 L/d的供水定額已無法滿足實際用水需要，局部地區存在供水水量不足的問題。根據《寧夏回族自治區“十四五”城鄉供水規劃》，確定的沙坡頭區農村人飲供水定額為70 L/人·d，過去的建設項目人均供水定額基本采用40 L·人/d的標準進行設計，供水定額提高后，現狀部分供水管網流量已無法滿足供水要求，急需提升改造。此外，部分管道、建筑物年久失修，有安全隱患。

1.2.2 自動化與信息化方面

用水戶末端計量仍以機械水表為主，不滿足“互聯網+城鄉供水”建設要求；各級管道分水口和骨干管道關鍵部位缺少自動化量測及監控設備，不利于及時發現故障、搶修維護，無法提高供水保障率；各供水工程水源、水廠、泵站等站點供水調度各自獨立，且管理站點較為分散，不利于統一調度；部分站點通信網絡設備老舊、通信技術落后，數據傳輸延時高，且易受環境影響，無法保障遠程監控的實時性及安全性；現狀信息化軟件系統功能不完整，且部署較為分散，不滿足“互聯網+城鄉供水”管理要求。

1.2.3 工程管理與服務方面

管理方面短板從宏觀方面分析主要有三點：①現狀管理難以實現國家和寧夏水利行業對保障城鄉供水安全要求的體制和機制；②現狀管理方式難以實現人飲高質量保障供水的可持續發展；③難以讓老百姓感受到先進的技術、現代化的管理為用水戶提供的便捷的服務方式。

2 “互聯網＋城鄉供水”一體化工程關鍵技術

2.1 工程網項目關鍵技術

2.1.1 閥井結構形式比選

由于聯戶閥井數量多、分布廣，是土建部分制約工程投資和工期的主要因素，初設階段為合理優化聯戶閥井選型，現目前常用閥井型式有現澆鋼筋混凝土閥井、預制鋼筋砼方形閥井、預制鋼筋砼圓形閥井、磚混結構閥井等4種型式，下面分別從聯戶閥井造價、耐久性、施工工期、施工難度、防水性能等方面進行綜合比選。具體如表1所示。

表1 閥井型式比選表

經比選，雖然鋼筋砼現澆閥井結構最穩定，防水效果最好，但由于投資較高，施工占地面積較大、施工工序繁瑣、耗時長，且本工程閥井數量多、片區分散，采用現澆閥井無法滿足工期要求；預制鋼筋砼圓形閥井與磚混圓形閥井都不是整體式閥井，防水效果不佳，且內部空間小。經多方面比選，考慮到工期與整體效果要求，設計采用預制鋼筋砼方形閥井，投資相對適中，防水效果較好，并且施工方便。

2.1.2 管道穿路方案比選

本次設計包括供水管網提升改造，大部分管道沿道路敷設，供水干管、供水支管及入村管大部分采用開挖敷設。沙坡頭區現狀村鎮巷道98%以上都是混凝土硬化路面，故本次入巷管道敷設提出兩種方案。

采用拉管施工方法。拉管施工可在閥井處開挖工作坑，各個閥井之間的管段敷設直接采用拉管敷設，該施工方法可減小對交通的影響，但是管徑越大投資越高。優點是回避了開挖施工中存在的對交通、周邊建筑及地下管線影響大，路面、房屋等需要大面積拆除并恢復而導致的資源浪費；缺點方面，對拉管管材的質量要求高，要求環剛度在12.5 KN/m2以上的管材，從而使大于DN800 mm以上的大管徑管道管材目前還無法保證此環剛度而不具備拉管施工條件。

采用破路開挖施工方法。此方案為在硬化路的一側拆除一定的寬度，然后開挖把管道埋入，回填夯實后把路面恢復原貌。該方案施工方法簡單，但是對交通影響較大，且協調工作量大。

綜合投資金額可看出，管徑≤160 mm穿路時采用拉管的施工方法比較經濟，管徑＞160 mm穿路時采用破路開挖的施工方法比較經濟。故本次設計管徑＞160 mm穿路時采用破路開挖，管徑≤160 mm穿路時采用拉管施工。

2.2 信息網項目關鍵技術

2.2.1 管網監測設備比選

本次將從傳輸方式、傳輸穩定性、采集頻率、對供電的要求、安裝方式、投資費用等方面對以上兩種方案進行比選。

方案一：采用流量壓力一體式監測設備。流量壓力一體式監測設備采用超聲波水表及壓力傳感器集成的方式，通過數據監控儀設備進行連接，網絡傳輸方式采用無線4G公網，采用鋰電池為數據監控儀及流量壓力采集設備供電。方案二：采用流量壓力分體式監測設備。流量壓力分體式監測設備采用獨立的超聲波水表及壓力傳感器對管網供水流量及供水壓力進行監測，單獨配置無線采集傳輸設備進行連接，網絡傳輸方式采用無線4G公網，采用太陽能供電系統為無線采集傳輸設備及流量壓力采集設備供電。具體比選參數如表2所示。

表2 管網監測設備比選參數

在傳輸方式、傳輸穩定性及采集頻率都滿足本項目使用需求的情況下，且一體式監測設備也可使用太陽能供電，在供電可靠性上能達到與分體式監測設備統一上水平，同時一體式監測設備集成程度高，設備維護工作量較低。經綜合分析比較，本階段推薦分水口監測設備采用一體式監測設備，即流量、壓力集成一體的監測設備。

2.2.2 網絡安全方案比選

一般情況下，網絡安全建設規劃可劃分為可研階段、實施階段、維護階段、運營階段和持續建設階段，要從技術賦能、管理變革、業務發展幾個維度進行設計。

基于本工程實際管理現狀，本階段暫按照以工控系統為主要建設對象，并且以基礎防御為主體，安全物理環境和管理不在本期建設范圍之內，在滿足等級保護，充分考慮補充措施、實用性原則、殘余風險以及順利通過等保的基礎上，初步提出了基本配置、中等配置、高等配置三種方案。

方案一：基本配置。基本配置是考慮在等保測評得分70～80分基礎上，提出的最簡單配置，除必要的安全設備之外，充分考慮補充措施、手動加固、設備本身策略配置提升等措施。

方案二：中等配置。中等配置是在基本配置基礎上，等保的分可達80～90分，針對基本配置中丟分項和部分適用性原則項、補償項等會存在爭議的測評點進行完善，確保測評較高通過率。

方案三：高等配置。高等配置方案是在中等配置基礎上進行產品優化提升，產品功能、性能、進行升級，由于配置升級產品價格提升、但隨著功能的兼容，也可省去額外產品的投入，降低維修成本、減少故障點。

綜上所述，考慮到寧夏“十四五”城鄉供水工程的特點和項目的經濟性要求，本階段的網絡安全設計標準，暫按照能夠通過等保為目標，推薦方案一，同時增加人工干預（安全策略配置）項，并將方案二作為后續提升補償方案，方案三則可列為后續持續改進和安全運營之備選方案。

3 結語

城鄉供水一體化是未來農村飲水發展的大趨勢，本文通過分析沙坡頭區農村飲水安全工程的供水調度和計量收費管理問題，以保障城鄉居民飲用“放心水”為出發點，以提供優質供水服務為宗旨，針對工程建設方面、自動化與信息化方面、工程管理與服務方面存在的弊端，探討了“互聯網＋城鄉供水”一體化工程關鍵技術，主要包括工程網項目關鍵技術和信息網項目關鍵技術兩個方面，進一步建設完善沙坡頭區人飲工程物聯網智能感知監控體系。本項目符合寧夏“十四五”城鄉供水規劃總體要求和寧夏“互聯網+城鄉供水”示范省區的方案要求，可為提升農村供水能力、推進城鄉供水一體化建設提供堅實的基礎，僅供相近地區參考借鑒。